CN114738199A - 一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构 - Google Patents

一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构 Download PDF

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缪维跑
欧华浩
许子非
岳敏楠
李春
朱海波
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Abstract

本发明公开了一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，包括：塔架、与所述塔架固接的机舱、设置于机舱上的轮毂、固接于轮毂上的叶片、套接于塔架上的多个轴承及固接于所述轴承上的侧板；塔架上固接有相对设置的两个连杆，所述连杆延伸至机舱中，且连杆位于机舱里的一端固接有尾舵。根据本发明，限制周期性卡门涡街的产生，避免引起共振，从而增强塔架稳定性，无需外部能源输入，结构简单，简易可行。

Description

一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构
技术领域
本发明涉及风力机塔架的技术领域，特别涉及一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构。
背景技术
风力发电是目前可再生能源利用中技术最成熟、开发应用规模最大和商业化程度最高的发电方式之一。风力机作为风力发电系统关键设备，对风电行业的发展起着至关重要的作用。
近年来，为降低度电成本，风力机塔架/叶片尺寸不断增大，塔架所受载荷亦随塔架高度呈正相关，塔架作为风力机的主要承重结构，其安全性是风力机组正常工作的前提。另一方面，流体绕过圆柱形塔架时，流体将从塔架两侧周期性脱落，形成旋转方向相反、并列的双列线涡，并随着运动相互干扰，形成非线性的卡门涡街，出现涡街时，若流体对塔架产生的周期性交变横向作用力的频率接近塔架固有频率将产生共振，对塔架产生不利影响，严重时将造成塔架损坏；且由于商业化风力机均在风资源优越的风场中集中布置，上游风力机塔架产生的涡街尾迹将严重影响下游风力机正常运行，尾迹区的速度亏损和高湍流度将导致下游风力机输出功率显著降低，浪费风能和土地资源，增加风电成本。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，限制周期性卡门涡街的产生，避免引起共振，从而增强塔架稳定性，无需外部能源输入，结构简单，简易可行。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，包括：
塔架、与所述塔架固接的机舱、设置于机舱上的轮毂、固接于轮毂上的叶片、套接于塔架上的多个轴承及固接于所述轴承上的侧板；
塔架上固接有相对设置的两个连杆，所述连杆延伸至机舱中，且连杆位于机舱里的一端固接有尾舵。
优选的，连杆沿塔架的长度方向设置，且轴承套接于连杆上。
优选的，塔架上套接有三个轴承，三个轴承之间平行且间隔设置。
优选的，每个轴承外侧面上均开设有凹槽，所述凹槽内固接有侧板。
优选的，侧板位于尾舵的正下方且与尾舵位于同一个平面。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)本发明专利通过在塔架上加侧板以改善流体流过塔架的流场特性，限制周期性卡门涡街的产生，避免引起共振，从而增强塔架稳定性。
(2)本发明将布置在塔架上的轴承与风力机机舱通过两根杆连在一起，可使机舱与两根杆并行运动，然后再通过杆带动轴承运动，使位于塔架上的轴承所固定的平板始终与机舱相连接的尾舵运动位置相同，通过这种方式能最大限度的限制卡门涡街的产生。
(3)本发明包括但不限于布置3个平板，也可一个或者多个。本发明巧妙利用风力机尾舵自动对风装置，通过连杆、轴承与侧板相连接，无需外部能源输入，结构简单，简易可行。
附图说明
图1为根据本发明的自适应抑涡控制新型风力机塔架结构的三维结构示意图；
图2为根据本发明的自适应抑涡控制新型风力机塔架结构的侧板的结构示意图；
图3为根据本发明的自适应抑涡控制新型风力机塔架结构的流体绕流塔架示意图；
图4为根据本发明的自适应抑涡控制新型风力机塔架结构的有无侧板圆柱结构升力曲线图。
图5为根据本发明的自适应抑涡控制新型风力机塔架结构的有功率谱分析图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-5，一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，包括：塔架8、与所述塔架8固接的机舱3、设置于机舱3上的轮毂2、固接于轮毂2上的叶片1、套接于塔架8上的多个轴承6及固接于所述轴承6上的侧板7；塔架8上固接有相对设置的两个连杆5，所述连杆5延伸至机舱3中，且连杆5位于机舱3里的一端固接有尾舵4，连杆5沿塔架8的长度方向设置，且轴承6套接于连杆5上，连杆5与机舱3相连接，使之并行运动。当风吹向尾舵4，尾舵4在改变方向的同时，机舱3也随之转动，并带动与之相连接的连杆转动5，连杆带动各轴承6转，侧板7也一起转，这就保证了侧板7与尾舵4运动的位置相同，始终与风向平行。侧板7可增加传统风力机尾舵受风面积，加快尾舵4反应速度，使机舱3快速对准风向，从而使风力机快速适应风向，增加功率输出；另一方面，侧板7可显著减缓塔架后方涡脱落，抑制涡激振动，减少塔架疲劳损坏。此外，该侧板7与尾舵4并行转动，在尾舵4对风过程中，达到自适应的效果，因此无需外部能源输入，结构简单，简易可行，维护成本极低。
进一步的，塔架8上套接有三个轴承6，三个轴承6之间平行且间隔设置，每个轴承6外侧面上均开设有凹槽，所述凹槽内固接有侧板7，布置三个轴承6和三块侧板7，一方面是为了使各轴承6所承受的力更小，另一方面也达到美观的效果。
进一步的，侧板7位于尾舵4的正下方且与尾舵4位于同一个平面。
在图3所示取一小段圆柱及有无加装侧板7的模型进行数值模拟，当塔架8加装侧板7后，在流体绕过圆柱形塔架8时，侧板7能削弱两侧流体的相互绕流，限制塔架8背风面卡门涡街的发展，极大减少了绕流对塔架8产生的影响，从而增强了塔架8的稳定性，同时，侧板7结构加速了尾迹的恢复速度，有效降低了对下游风力机的影响。
有无侧板7圆柱升力曲线如图4所示，可见采用侧板7结构后，升力系数波动明显减小，风力机塔架8所受载荷波动减小。
为考虑涡脱落特征频率，将升力系数进行时间傅里叶变化得到St。由图1可知，采用侧板7结构相较于原始无侧板7结构功率谱密度降低一倍有余，故可知侧板7结构的涡脱落频率明显小于原始结构。
本发明在塔架上加装侧板7，这种侧板7结构可限有效制塔架8下游卡门涡街的形成与发展，减小了对塔架8的横向交变推力，避免了横向推力振动频率与塔架8固有频率发生共振，从而获得更优异的稳定性，对塔架8起到很好的保护作用。同时，通过安装侧板7的设置能加速下游尾迹恢复，削弱尾迹对下游风力机影响，增加下游风力机输出功率，并发挥消减气动低频噪音的作用。
本发明流动机理清晰、结构简单，实现方便，自适应减震控流效果明显，是一种不需要用其它额外复杂能量输入和相应软、硬件控制系统的的自适应流动控制方式。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，其特征在于，包括：
塔架(8)、与所述塔架(8)固接的机舱(3)、设置于机舱(3)上的轮毂(2)、固接于轮毂(2)上的叶片(1)、套接于塔架(8)上的多个轴承(6)及固接于所述轴承(6)上的侧板(7)；
塔架(8)上固接有相对设置的两个连杆(5)，所述连杆(5)延伸至机舱(3)中，且连杆(5)位于机舱(3)里的一端固接有尾舵(4)。
2.如权利要求1所述的一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，其特征在于，连杆(5)沿塔架(8)的长度方向设置，且轴承(6)套接于连杆(5)上。
3.如权利要求1所述的一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，其特征在于，塔架(8)上套接有三个轴承(6)，三个轴承(6)之间平行且间隔设置。
4.如权利要求3所述的一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，其特征在于，每个轴承(6)外侧面上均开设有凹槽，所述凹槽内固接有侧板(7)。
5.如权利要求1所述的一种自适应抑涡控制新型风力机塔架结构，其特征在于，侧板(7)位于尾舵(4)的正下方且与尾舵(4)位于同一个平面。
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